一种含Cu抗菌不锈钢透射电镜样品的制备方法与流程

一种含cu抗菌不锈钢透射电镜样品的制备方法
技术领域
1.本发明属于钢铁材料透射电镜样品制备的技术领域，涉及一种含cu抗菌不锈钢透射电镜样品的制备方法，特别是一种含有尺寸小、分布丰富的富铜相的高抗菌率奥氏体抗菌不锈钢大面积薄区的制样方法。


背景技术：

2.抗菌不锈钢是一类具有广泛应用前景的新型钢铁材料，是指在现有不锈钢基体中添加具有杀菌作用的金属元素，如铜(cu)、银(ag)等，再经过特殊处理，除了拥有卓越的力学性能，还能使材料表面具有抑制细菌生物膜形成的作用，对创建洁净和健康生存环境具有重要意义。
3.含cu抗菌不锈钢是在冶炼不锈钢的过程中添加适量的cu元素，经过特殊的热处理工艺，析出细小均匀弥散的富铜相，抑制表面细菌生物膜的形成，起到杀菌作用。因此，含cu抗菌不锈钢发挥杀菌能力的关键是有富铜相的存在，材料的抗菌率与其内部富铜相的尺寸及分布息息相关，富铜相的研究就成了含cu抗菌不锈钢开发成功的关键。透射电子显微镜具有从几纳米到亚纳米范围的分辨能力，是研究材料微观组织结构，尤其是纳米级析出相的主要表征手段。欲观察富铜相的细节，获得高质量的富铜相图片，制备出高分辨的透射电镜样品是关键。
4.透射电镜样品的制备主要有fib（聚焦离子束）技术、离子减薄和电解双喷减薄。其中，fib技术虽然可以定点制样，但是其完成一个样品需要很长的时间，且费用高；离子减薄要求预减薄阶段把样品磨至20μm以下或凹坑处理，造成样品应力集中、内部位错增加，且在后续的氩离子轰击样品表面减薄过程中用时长，完成一个样品甚至多达数天；传统的电解双喷减薄虽然对预减薄阶段要求磨至60μm以下即可，造成的应力集中很小，且在电解双喷减薄过程耗时短，但是由于含cu抗菌不锈钢中的富铜相小、弥散且多，再加上富铜相会被优先腐蚀，在电解双喷过程中，富铜相脱落，留下密布的筛孔，致使程序搜集到满足光止值阈值后停止减薄，最后得到的样品孔洞多，边缘厚，几乎无薄区面积，薄膜样品制备成功率不高。因此，研究出一种适合含cu抗菌不锈钢的操作方便、节时、经济、高质量的透射电镜样品方法迫在眉睫。


技术实现要素：

5.本发明的目的就是针对上述问题，提供一种含cu抗菌不锈钢透射电镜样品的制备方法。
6.本发明的目的是这样实现的：一种含cu抗菌不锈钢透射电镜样品的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：切取薄片状含cu抗菌不锈钢试样；步骤二：手工打磨双面薄片状试样，制备的圆片样品；步骤三：电解液是由800~1200ml无水乙醇、60~80ml浓度为70.0%~72.0%的高氯酸和8~12 ml的乙酸甲酯配制而成的混合溶液；步骤四：分别用蒸馏水和无水乙醇清洗两次电解双喷减薄仪的电解槽后，在电解槽内加入电解液，对中电解双喷
减薄仪两喷嘴射出的小液柱，使其在两喷嘴中间对接；步骤五：在电解槽中加入液氮，装好待减薄的样品，调节减薄工艺参数，开始减薄；步骤六：减薄结束后，迅速清洗减薄样品，并放入盛酒精的连盖圆底离心管中静置，待观察前1h取出放在滤纸上，用红外线灯干燥，得到含cu抗菌不锈钢的透射电镜样品。
7.所述的步骤一中，利用线切割机切取厚度为0.8~1.2mm，长宽各8~12mm的方形或直径为8~12mm的圆形薄片试样。
8.所述的步骤二中，首先需要将带背胶的碳化硅砂纸粘贴在玻璃板上，用橡胶塞压住含cu抗菌不锈钢0.8~1.2mm厚的片状试样，依次在600#、1000#、1500#、2000#砂纸上转圈双面打磨，直至样品厚度为50~60μm后，再用的圆片冲样器对50~60μm厚样品进行冲圆片，最后继续在细碳化硅砂纸上缓慢双面打磨至25~40μm，获得待减薄的样品。
9.所述的玻璃板必须是光滑平整的，所述的橡胶塞为直径30~70mm，所述的打磨为在砂纸上画
“○”
。
10.所述的细碳化硅砂纸为2500~4000目。
11.所述的步骤五中，电解双喷过程的环境温度为-32~-38℃。
12.所述的步骤五中，减薄工艺参数：电解电压为35~40v，感光停止值为250~400，双喷减薄过程中电解电流40~56ma。
13.所述的步骤六中，迅速清洗减薄样品包括：待红外光电自动感应器报警时，迅速取出样品夹并放入盛放无水乙醇的烧杯中；轻轻晃动样品夹3~5s，取出圆片样品；用镊子小心夹起样品浸入干净的无水乙醇，轻轻晃动圆片样品3~5s；最后放入盛酒精的连盖圆底离心管中静置。
14.本发明的有益效果是：本发明提供的一种含cu抗菌不锈钢透射电镜样品的制备方法，解决了富铜相脱落多，富铜相被保留少，薄区面积小的问题，制备透射电镜样品成功率达到98%以上。本发明大大提高了含cu抗菌不锈钢透射电镜试样制备的速率，缩短了检测周期，获得的富铜相的形貌更加清晰、尺寸更加精确，为产品研发、工艺路线改进提供了精确的基础实验数据。
附图说明
15.下面结合附图对本发明作进一步的描述。
16.图1：本发明制备的304cu抗菌不锈钢透射电镜样品。
17.图2：传统工艺制备的304cu抗菌不锈钢透射电镜样品。
18.图3：本发明所述获得的304cu抗菌不锈钢富铜相形貌图。
19.图4：本发明制备的430cu抗菌不锈钢透射电镜样品。
20.图5：传统工艺制备的430cu抗菌不锈钢透射电镜样品。
21.图6：本发明所述获得的430cu抗菌不锈钢富铜相形貌图。
具体实施方式
22.本发明旨在发明一种含cu抗菌不锈钢透射电镜样品的制备方法，其目的在于解决由于产品中富铜相小、弥散且多，减薄过程中富铜相易脱落，造成筛孔多，而薄区差的问题。本方法可以在保证含cu抗菌不锈钢中的富铜相脱落少的前提下，制备出大面积薄区的透射
样品，获得富铜相高质量的透射图片。
23.基于常规电解双喷减薄在含cu抗菌不锈钢透射电镜样品减薄过程中出现的客观问题，本发明提供了一种含cu抗菌不锈钢透射电镜样品的制备方法，解决了富铜相脱落多，薄区面积小，薄膜样品制备成功率低的问题。通过该方法制备的透射样品能够实现富铜相被保留、筛孔少、薄区面积大的特征，实现表征富铜相尺寸、形状及其与基体位向关系等的信息。
24.一种含cu抗菌不锈钢透射电镜样品的制备方法，该方法包括以下步骤：（1）在含cu抗菌不锈钢试样上，利用线切割机切取厚度为0.8~1.2mm的片状试样；（2）手工打磨双面薄片状试样，将带背胶的碳化硅砂纸粘贴在玻璃板上，用手将φ30~70mm橡胶塞压住含cu抗菌不锈钢0.8~1.2mm厚的片状试样，使试样依次在600目、1000目、1500目、2000目砂纸上转圈双面打磨，直至样品厚度为50~60μm，用圆片冲样器对50~60μm厚样品进行冲片，获得φ3mm的圆片样品；（3）将步骤（2）中的圆片样品继续在2500~4000目碳化硅砂纸上缓慢双面打磨至约25~40μm；（4）分别用蒸馏水和无水乙醇清洗两次电解双喷减薄仪的电解槽后，在电解槽内加入电解液，对中电解双喷减薄仪两喷嘴射出的小液柱，使其在两喷嘴中间对接；（5）在电解槽中加入一部分液氮，待电解双喷减薄仪内设的温度计稳定显示-30℃后，再多次少量继续加入液氮，直至温度计显示在-32℃~-38℃内。
25.（6）步骤（4）和步骤（5）中的电解液是由800~1200ml无水乙醇、60ml~80ml浓度为70.0%~72.0%的高氯酸和8~12ml的乙酸甲酯配制的混合溶液；（7）将步骤（3）制备的约25~40μm圆片样品装入双喷减薄仪的样品夹，放入卡槽内，盖紧卡槽盖，并将样品夹插到两喷嘴中间，所用电解电压为35~40v，设置的感光停止值为250~400，双喷减薄过程中电解电流40~56ma；（8）待红外光电自动感应器报警时，迅速取出样品夹并放入盛放无水乙醇的烧杯中，轻轻晃动样品夹3~5s（避免将薄区清洗掉），取出圆片样品，用镊子小心夹起样品浸入干净的无水乙醇，轻轻晃动圆片样品3~5s，最后放入盛酒精的连盖圆底离心管中静置（是为了防止圆片样品表面被污染），待观察前0.5~3.5h取出放在滤纸上，用红外线灯干燥。
26.下面结合实施例详细说明本方法的具体实施方式，但本发明的具体实施方式不局限于下述的实施例。
27.实施例一304cu抗菌不锈钢透射电镜试样的制备及透射电镜下富铜相的形貌。
28.（1）切取10mm
×
10mm方形、厚1.0mm薄片状304cu抗菌不锈钢试样；（2）手握φ50mm的橡胶塞，压住步骤（1）所得样品，依次在600目、1000目、1500目、2000目砂纸上转圈双面打磨，直至厚度约为56μm，冲φ3mm圆片，接着继续在3000目砂纸上缓慢转圈双面打磨，最后样品厚约38μm；（3）清洗电解槽，分别用蒸馏水和无水乙醇清洗两次；（4）配制电解液：将电解槽放在通风良好的通风橱内，在电解槽内加入1000ml无水乙醇，用量筒分别量取65ml的70.0%~72.0%高氯酸及10ml的乙酸甲酯，一边用玻璃棒搅拌，一边缓慢加入无水乙醇中；
（5）对中电解双喷减薄仪两喷嘴射出的小液柱，使其在两喷嘴中间对接，在电解槽中加入液氮，使电解温度为-33℃~-35℃；（6）将304cu抗菌不锈钢φ3mm、厚约38μm圆片装入样品夹，放入卡槽内，盖紧卡槽盖，并将样品夹插到两喷嘴中间，调节电解电压为38v，设置的感光停止值为300，按开始按钮，减薄开始，减薄过程中的电流为46ma；（7）“滴滴滴”感应器报警，减薄结束，迅速取出样品夹并放入盛放无水乙醇的烧杯中，轻轻晃动样品夹5s，打开样品夹，取出圆片样品，用镊子小心夹起样品浸入干净的无水乙醇，轻轻晃动圆片样品5s，最后放入盛酒精的连盖圆底离心管中静置，得到304cu抗菌不锈钢透射电镜样品；（8）观察前1h取出步骤（7）的304cu抗菌不锈钢透射电镜样品放在滤纸上，用红外线灯干燥3min后，装入透射电镜样品杆后进入透射电镜进行观察，观察结果见图1，图2为传统工艺电解双喷所制备的304cu抗菌不锈钢透射电镜样品，图3为实施例一所获得的304cu抗菌不锈钢富铜相形貌图。
29.实施例二430cu抗菌不锈钢透射电镜试样的制备及透射电镜下富铜相的形貌。
30.（1）切取10mm
×
10mm方形、厚1.0mm薄片状430cu抗菌不锈钢试样；（2）手握φ50mm的橡胶塞，压住步骤（1）所得样品，依次在600目、1000目、1500目、2000目砂纸上转圈双面打磨，直至厚度约为52μm，冲φ3mm圆片，接着继续在4000目砂纸上缓慢转圈双面打磨，最后样品厚约39μm；（3）清洗电解槽，分别用蒸馏水和无水乙醇清洗两次；（4）配制电解液：将电解槽放在通风良好的通风橱内，在电解槽内加入1000ml无水乙醇，用量筒分别量取65ml的70.0%~72.0%高氯酸及10ml的乙酸甲酯，一边用玻璃棒搅拌，一边缓慢加入无水乙醇中；（5）对中电解双喷减薄仪两喷嘴射出的小液柱，使其在两喷嘴中间对接，在电解槽中加入液氮，使电解温度为-33℃~-36℃；（6）将430cu抗菌不锈钢φ3mm、厚约39μm圆片装入样品夹，放入卡槽内，盖紧卡槽盖，并将样品夹插到两喷嘴中间，调节电解电压为35v，设置的感光停止值为300，按开始按钮，减薄开始，减薄过程中的电流为40ma；（7）“滴滴滴”感应器报警，减薄结束，迅速取出样品夹并放入盛放无水乙醇的烧杯中，轻轻晃动样品夹5s，打开样品夹，取出圆片样品，用镊子小心夹起样品浸入干净的无水乙醇，轻轻晃动圆片样品5s，最后放入盛酒精的连盖圆底离心管中静置，得到430cu抗菌不锈钢透射电镜样品；（8）观察前1h取出步骤（7）的430cu抗菌不锈钢透射电镜样品放在滤纸上，用红外线灯干燥3min后，装入透射电镜样品杆后进入透射电镜进行观察，观察结果见图4，图5为传统工艺电解双喷所制备的430cu抗菌不锈钢透射电镜样品，图6为实施例一所获得的430cu抗菌不锈钢富铜相形貌图。
31.以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明所保护范围的结构特征并不限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围内。